git.sesse.net Git - bmusb/blob - fake_capture.cpp

   1 // A fake capture device that sends single-color frames at a given rate.
   2 // Mostly useful for testing themes without actually hooking up capture devices.
   3
   4 #include "bmusb/fake_capture.h"
   5
   6 #include <assert.h>
   7 #include <pthread.h>
   8 #include <stdint.h>
   9 #include <stdio.h>
  10 #include <stdlib.h>
  11 #include <string.h>
  12 #include <math.h>
  13 #include <unistd.h>
  14 #if __SSE2__
  15 #include <immintrin.h>
  16 #endif
  17 #include <chrono>
  18 #include <cstddef>
  19
  20 #include "bmusb/bmusb.h"
  21
  22 #define FRAME_SIZE (8 << 20)  // 8 MB.
  23
  24 // Pure-color inputs: Red, green, blue, white.
  25 #define NUM_COLORS 4
  26 constexpr uint8_t ys[NUM_COLORS] = { 81, 145, 41, 235 };
  27 constexpr uint8_t cbs[NUM_COLORS] = { 90, 54, 240, 128 };
  28 constexpr uint8_t crs[NUM_COLORS] = { 240, 34, 110, 128 };
  29
  30 using namespace std;
  31 using namespace std::chrono;
  32
  33 namespace bmusb {
  34 namespace {
  35
  36 // We don't bother with multiversioning for this, because SSE2
  37 // is on by default for all 64-bit compiles, which is really
  38 // the target user segment here.
  39
  40 void memset2(uint8_t *s, const uint8_t c[2], size_t n)
  41 {
  42         size_t i = 0;
  43 #if __SSE2__
  44         const uint8_t c_expanded[16] = {
  45                 c[0], c[1], c[0], c[1], c[0], c[1], c[0], c[1],
  46                 c[0], c[1], c[0], c[1], c[0], c[1], c[0], c[1]
  47         };
  48         __m128i cc = *(__m128i *)c_expanded;
  49         __m128i *out = (__m128i *)s;
  50
  51         for ( ; i < (n & ~15); i += 16) {
  52                 _mm_storeu_si128(out++, cc);
  53                 _mm_storeu_si128(out++, cc);
  54         }
  55
  56         s = (uint8_t *)out;
  57 #endif
  58         for ( ; i < n; ++i) {
  59                 *s++ = c[0];
  60                 *s++ = c[1];
  61         }
  62 }
  63
  64 void memset4(uint8_t *s, const uint8_t c[4], size_t n)
  65 {
  66         size_t i = 0;
  67 #if __SSE2__
  68         const uint8_t c_expanded[16] = {
  69                 c[0], c[1], c[2], c[3], c[0], c[1], c[2], c[3],
  70                 c[0], c[1], c[2], c[3], c[0], c[1], c[2], c[3]
  71         };
  72         __m128i cc = *(__m128i *)c_expanded;
  73         __m128i *out = (__m128i *)s;
  74
  75         for ( ; i < (n & ~7); i += 8) {
  76                 _mm_storeu_si128(out++, cc);
  77                 _mm_storeu_si128(out++, cc);
  78         }
  79
  80         s = (uint8_t *)out;
  81 #endif
  82         for ( ; i < n; ++i) {
  83                 *s++ = c[0];
  84                 *s++ = c[1];
  85                 *s++ = c[2];
  86                 *s++ = c[3];
  87         }
  88 }
  89
  90 }  // namespace
  91
  92 FakeCapture::FakeCapture(unsigned width, unsigned height, unsigned fps, unsigned audio_sample_frequency, int card_index, bool has_audio)
  93         : width(width), height(height), fps(fps), audio_sample_frequency(audio_sample_frequency), card_index(card_index)
  94 {
  95         char buf[256];
  96         snprintf(buf, sizeof(buf), "Fake card %d", card_index + 1);
  97         description = buf;
  98
  99         y = ys[card_index % NUM_COLORS];
 100         cb = cbs[card_index % NUM_COLORS];
 101         cr = crs[card_index % NUM_COLORS];
 102
 103         if (has_audio) {
 104                 audio_ref_level = pow(10.0f, -23.0f / 20.0f) * (1u << 31);  // -23 dBFS (EBU R128 level).
 105
 106                 float freq = 440.0 * pow(2.0, card_index / 12.0);
 107                 sincosf(2 * M_PI * freq / audio_sample_frequency, &audio_sin, &audio_cos);
 108                 audio_real = audio_ref_level;
 109                 audio_imag = 0.0f;
 110         }
 111 }
 112
 113 FakeCapture::~FakeCapture()
 114 {
 115         if (has_dequeue_callbacks) {
 116                 dequeue_cleanup_callback();
 117         }
 118 }
 119
 120 void FakeCapture::configure_card()
 121 {
 122         if (video_frame_allocator == nullptr) {
 123                 owned_video_frame_allocator.reset(new MallocFrameAllocator(FRAME_SIZE, NUM_QUEUED_VIDEO_FRAMES));
 124                 set_video_frame_allocator(owned_video_frame_allocator.get());
 125         }
 126         if (audio_frame_allocator == nullptr) {
 127                 owned_audio_frame_allocator.reset(new MallocFrameAllocator(65536, NUM_QUEUED_AUDIO_FRAMES));
 128                 set_audio_frame_allocator(owned_audio_frame_allocator.get());
 129         }
 130 }
 131
 132 void FakeCapture::start_bm_capture()
 133 {
 134         producer_thread_should_quit = false;
 135         producer_thread = thread(&FakeCapture::producer_thread_func, this);
 136 }
 137
 138 void FakeCapture::stop_dequeue_thread()
 139 {
 140         producer_thread_should_quit = true;
 141         producer_thread.join();
 142 }
 143
 144 std::map<uint32_t, VideoMode> FakeCapture::get_available_video_modes() const
 145 {
 146         VideoMode mode;
 147
 148         char buf[256];
 149         snprintf(buf, sizeof(buf), "%ux%u", width, height);
 150         mode.name = buf;
 151
 152         mode.autodetect = false;
 153         mode.width = width;
 154         mode.height = height;
 155         mode.frame_rate_num = fps;
 156         mode.frame_rate_den = 1;
 157         mode.interlaced = false;
 158
 159         return {{ 0, mode }};
 160 }
 161
 162 std::map<uint32_t, std::string> FakeCapture::get_available_video_inputs() const
 163 {
 164         return {{ 0, "Fake video input (single color)" }};
 165 }
 166
 167 std::map<uint32_t, std::string> FakeCapture::get_available_audio_inputs() const
 168 {
 169         return {{ 0, "Fake audio input (silence)" }};
 170 }
 171
 172 void FakeCapture::set_video_mode(uint32_t video_mode_id)
 173 {
 174         assert(video_mode_id == 0);
 175 }
 176
 177 void FakeCapture::set_video_input(uint32_t video_input_id)
 178 {
 179         assert(video_input_id == 0);
 180 }
 181
 182 void FakeCapture::set_audio_input(uint32_t audio_input_id)
 183 {
 184         assert(audio_input_id == 0);
 185 }
 186
 187 namespace {
 188
 189 void add_time(double t, timespec *ts)
 190 {
 191         ts->tv_nsec += lrint(t * 1e9);
 192         ts->tv_sec += ts->tv_nsec / 1000000000;
 193         ts->tv_nsec %= 1000000000;
 194 }
 195
 196 bool timespec_less_than(const timespec &a, const timespec &b)
 197 {
 198         return make_pair(a.tv_sec, a.tv_nsec) < make_pair(b.tv_sec, b.tv_nsec);
 199 }
 200
 201 }  // namespace
 202
 203 void FakeCapture::producer_thread_func()
 204 {
 205         char thread_name[16];
 206         snprintf(thread_name, sizeof(thread_name), "FakeCapture_%d", card_index);
 207         pthread_setname_np(pthread_self(), thread_name);
 208
 209         uint16_t timecode = 0;
 210
 211         if (has_dequeue_callbacks) {
 212                 dequeue_init_callback();
 213         }
 214
 215         timespec next_frame;
 216         clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &next_frame);
 217         add_time(1.0 / fps, &next_frame);
 218
 219         while (!producer_thread_should_quit) {
 220                 timespec now;
 221                 clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &now);
 222
 223                 if (timespec_less_than(now, next_frame)) {
 224                         // Wait until the next frame.
 225                         if (clock_nanosleep(CLOCK_MONOTONIC, TIMER_ABSTIME,
 226                                             &next_frame, nullptr) == -1) {
 227                                 if (errno == EINTR) continue;  // Re-check the flag and then sleep again.
 228                                 perror("clock_nanosleep");
 229                                 exit(1);
 230                         }
 231                 } else {
 232                         // We've seemingly missed a frame. If we're more than one second behind,
 233                         // reset the timer; otherwise, just keep going.
 234                         timespec limit = next_frame;
 235                         ++limit.tv_sec;
 236                         if (!timespec_less_than(now, limit)) {
 237                                 fprintf(stderr, "More than one second of missed fake frames; resetting clock.\n");
 238                                 next_frame = now;
 239                         }
 240                 }
 241                 steady_clock::time_point timestamp = steady_clock::now();
 242
 243                 // Figure out when the next frame is to be, then compute the current one.
 244                 add_time(1.0 / fps, &next_frame);
 245
 246                 VideoFormat video_format;
 247                 video_format.width = width;
 248                 video_format.height = height;
 249                 video_format.frame_rate_nom = fps;
 250                 video_format.frame_rate_den = 1;
 251                 video_format.has_signal = true;
 252                 video_format.is_connected = false;
 253
 254                 FrameAllocator::Frame video_frame = video_frame_allocator->alloc_frame();
 255                 if (video_frame.data != nullptr) {
 256                         assert(video_frame.size >= width * height * 2);
 257                         if (video_frame.interleaved) {
 258                                 uint8_t cbcr[] = { cb, cr };
 259                                 memset2(video_frame.data, cbcr, width * height / 2);
 260                                 memset(video_frame.data2, y, width * height);
 261                         } else {
 262                                 uint8_t ycbcr[] = { y, cb, y, cr };
 263                                 memset4(video_frame.data, ycbcr, width * height / 2);
 264                         }
 265                         video_frame.len = width * height * 2;
 266                         video_frame.received_timestamp = timestamp;
 267                 }
 268
 269                 AudioFormat audio_format;
 270                 audio_format.bits_per_sample = 32;
 271                 audio_format.num_channels = 8;
 272
 273                 FrameAllocator::Frame audio_frame = audio_frame_allocator->alloc_frame();
 274                 if (audio_frame.data != nullptr) {
 275                         const unsigned num_stereo_samples = audio_sample_frequency / fps;
 276                         assert(audio_frame.size >= audio_format.num_channels * sizeof(int32_t) * num_stereo_samples);
 277                         audio_frame.len = audio_format.num_channels * sizeof(int32_t) * num_stereo_samples;
 278                         audio_frame.received_timestamp = timestamp;
 279
 280                         if (audio_sin == 0.0f) {
 281                                 // Silence.
 282                                 memset(audio_frame.data, 0, audio_frame.len);
 283                         } else {
 284                                 make_tone((int32_t *)audio_frame.data, num_stereo_samples, audio_format.num_channels);
 285                         }
 286                 }
 287
 288                 frame_callback(timecode++,
 289                                video_frame, 0, video_format,
 290                                audio_frame, 0, audio_format);
 291         }
 292         if (has_dequeue_callbacks) {
 293                 dequeue_cleanup_callback();
 294         }
 295 }
 296
 297 void FakeCapture::make_tone(int32_t *out, unsigned num_stereo_samples, unsigned num_channels)
 298 {
 299         int32_t *ptr = out;
 300         float r = audio_real, i = audio_imag;
 301         for (unsigned sample_num = 0; sample_num < num_stereo_samples; ++sample_num) {
 302                 int32_t s = lrintf(r);
 303                 for (unsigned i = 0; i < num_channels; ++i) {
 304                         *ptr++ = s;
 305                 }
 306
 307                 // Rotate the phaser by one sample.
 308                 float new_r = r * audio_cos - i * audio_sin;
 309                 float new_i = r * audio_sin + i * audio_cos;
 310                 r = new_r;
 311                 i = new_i;
 312         }
 313
 314         // Periodically renormalize to counteract precision issues.
 315         double corr = audio_ref_level / hypot(r, i);
 316         audio_real = r * corr;
 317         audio_imag = i * corr;
 318 }
 319
 320 }  // namespace bmusb